电力设备及控制基础(电仪).ppt

1、电力设备及控制基础,讲课人：何亚林,电器是接通和断开电路或调节、控制和保护电路及电气设备用的电工器具。按照电压等级的不同，分为两类： 低压电器：用于交流50Hz(或60Hz)，额定电压为1200V以下；直流额定电压1500V及以下的电路中的电器。 高压电器 ：用于交流电压1200V、直流电压1500V及以上电路中的电器。,电器分类：,低压电器,控制用电设备工作状态的电器称为控制电器,用来保护电源和用电设备的电器称为保护电器,电器按动作性质可分为以下两类： 非自动电器：这类电器没有动力机构，依靠人力或其他外力来接通或切断电路，如刀开关、转换开关等。 自动电器：这类电器有电磁铁等动力机构，按照指令

2、、信号或参数变化而自动动作，使工作电路接通和切断，如接触器、自动开关等。,低压电器的分类,电器按其用途又可分为以下三类：（1） 控制电器：如接触器、继电器等。（2） 保护电器：如电流继电器。（3） 执行电器：用来操作、带动生产机械和支撑与保持机械装置在固定位置上的一种元件，如电磁铁、电磁离合器等。,低压电器的电磁机构及执行机构 电气控制系统中以电磁式电器的应用最为普遍。电磁式低压电器是一种用电磁现象实现电器功能的电器类型，此类电器在工作原理及结构组成上大体相同。根据其结构组成，电磁式低压电器的分类如下：,电磁机构 执行机构,交流 直流,触头系统 灭弧系统,电磁机构的作用是将电磁能量转换为带动触

3、头动作的机械能量，从而实现触头状态的改变， 完成电路通、 断的控制。 电磁机构由吸引线圈、 铁心、 衔铁等几部分组成， 其工作原理是： 线圈通过工作电流产生足够的磁动势， 在磁路中形成磁通， 使衔铁获得足够的电磁力用以克服反作用力与铁心吸合， 由连接机构带动相应的触头动作。,电磁机构,触头作为电器的执行机构，起着接通和分断电路的重要作用，必须具有良好的接触性能，故应考虑其材质和结构设计。对于电流容量较小的电器，常采用银材料作触头， 其优点是银的氧化膜电阻率与纯银相近， 与其他材质（比如铜）相比， 可以避免因长时间工作， 触头表面氧化膜电阻率增加而造成触头接触电阻增大。,触头系统,触头系统的结构

4、如图所示， 可分为桥式和指式两种。 其中桥式触头又分为点接触式和面接触式。,(a) 点接触式； (b) 面接触式； (c) 指式,单掷刀开关,静触点 （刀座）,一.刀开关,刀开关分为单刀、双刀、三刀三种，掷向可分为单掷、双掷两种。,刀开关的缺点是：不宜带负载切断电源，电源电压消失后，不能自动复原,动触点 （刀片）,二. 断路器,过载保护 短路保护 失压保护,小型断路器5SX系列,塑壳断路器,弹簧,连杆装置,锁钩,一旦发生过载或短路时,过流脱钩器将吸合而顶开锁钩，将主触头断开，从而起到短路保护作用。,主触点,连杆装置,锁钩,M 3,主触点,弹簧,一旦发生过载或短路时,过流脱钩器将吸合而顶开锁钩，

5、将主触头断开，从而起到短路保护作用。,过流脱扣器,连杆装置,M 3,弹簧,主触点,一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触头断开，实现欠压保护作用。,失压脱扣器,弹簧,连杆装置,主触点,M 3,，,，,一旦电压严重下降或断电时，衔铁就被释放而使主触头断开，实现欠压保护作用。,通常用来短时间接通或断开控制电路的手动电器。,动合（常 开）触头,动断（常 闭）触头,按钮帽,复位弹簧,按钮的额定电流 一般不超过5A,三. 按钮,动合（常 开）触头,动断（常 闭）触头,按钮帽,复位弹簧,按钮的额定电流 一般不超过5A,(1) 停止和急停按钮： 红色。 按红色按钮时， 必须使设备断电、 停车。 (2

6、) 启动按钮： 绿色。 (3) 点动按钮： 黑色。 (4) 启动与停止交替按钮： 必须是黑色、 白色或灰色， 不得使用红色和绿色。 (5) 复位按钮： 必须是蓝色； 当其兼有停止作用时， 必须是红色。,四. 交流接触器,接触器是利用电磁力来接通和断开大电流电路的一种自动控制电器，它常用在控制电动机的主电路上。,交流接触器的图形及文字符号：,当交流接触器的线圈通电后，线圈中流过的电流产生磁场，使铁心产生足够大的吸力，克服反作用弹簧的反作用力，将衔铁吸合，通过传动机构带动三对主触头和辅助常开触头闭合，辅助常闭触头断开。当接触器线圈断电或电压显著下降时，由于电磁吸力消失或过小，衔铁在反作用弹簧力的作

7、用下复位，带动各触头恢复到原始状态。,工作原理,复位弹簧,静铁心,1,2,3,1,2,3,主触点动合(常开),动断触点,动合触点,动铁心,线圈,交流接触器的结构原理图,辅助触头,1,2,3,1,2,3,i,动铁心,静铁心,1,2,3,1,2,3,i,主触点闭合,复位弹簧,动铁心,静铁心,线圈,辅助触头,交流接触器线圈通电后的状态,动断触点断开,动合触点闭合,触器常见故障与排除 (1) 触头过热。 产生此故障的原因是： 触头压力不足。 触头接触不良。 电弧将触头表面烧坏。,(2) 触头磨损。接触器磨损分为电气磨损和机械磨损两种。 电气磨损属于正常磨损， 是因电弧高温使触头金属气化蒸发而造成的。

8、机械磨损是由触头闭合时的撞击和触头表面的相对滑动摩擦造成的。,(3) 触头不复位。产生这种故障的原因是： 触头熔焊(电弧的高温将动、 静触头焊在一起而不能分断的现象称为熔焊)。 反作用弹簧弹力不够。 机械运动部件被卡住。 铁心端面有油污。 铁心剩磁太大。,(4) 衔铁振动噪声。产生这种故障的原因是： 短路环损坏。 动、 静铁心由于衔铁歪斜或端面有污垢而造成接触不良。 活动部件卡阻而使衔铁不能完全吸合。,(5) 线圈过热或烧毁，产生这种故障的原因是： 线圈匝间短路。 动、 静铁心端面变形或有污垢， 闭合后有间隙。 操作过于频繁。 外加电压高于线圈额定电压， 电流过大， 产生热效应， 严重时会烧毁

9、线圈。,五、热继电器,热继电器是利用流过继电器的电流所产生的热效应而反时限动作的继电器。热继电器主要用于电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡运行的保护及其他电气设备发热状态的控制。,工作原理：,电路符号：,发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开，使接触器线圈断电，接触器主触头断开，将电源切除起保护作用，电源切除后，主双金属片逐渐冷却恢复原位。,六、时间继电器 （KT）,时间继电器在电气控制系统中是一个非常重要的元器件。一般分为通电延时和断电延时两种类型。时间继电器是接通电源后延时一段时间后才动作的继电器，主

10、要作用是用于电器设备的延时控制或顺序控制。,断电延时型时间继电器的原理与结构均与通电延时型时间继电器相同， 只是电磁机构翻转 180 安装。,a）线圈 b）通电延时线圈 C）断电延时线圈 d）延时闭合常开触头 e）延时断开常闭触头 f）延时断开常开触头 g）延时闭合常闭触头 h） 瞬时常开触头 i ）瞬时常闭触头,a） b） c） d）,KT,KT,KT,（ （,KT,（ （,KT,）,KT,） ）,KT,e） f） g） h） i）,七.组合开关,转换开关，常用于50HZ、380V以下及直流220V以下的电气线路中，供手动不频繁接通和断开电路、换接电源和负载以及控制5KW以下小容量异步电动机

11、的启动、停止和正反转。,组合开关中，有一类是转为控制小容量三相异步电动机的正反转而设计生产的，HZ3-132型组合开关，俗称倒顺开关。开关的,手柄有“倒”、“顺”、“停”三个位置，手柄只能从“停”位置左转或右转45。,图 1.7 组合开关的图形和文字符号 (a) 单极； (b) 三极,电路符号：,用作电路的限位保护、行程控制、自动切换等。都是由触头系统、操作机构和外壳组成。其是利用生产机械的运动部件碰压使其触头动作的。,八、行程开关,图 1.20 行程开关及结构示意 (a) 外形； (b) 结构,中间继电器是用来增加控制电路中的信号数量或将信号放大的继电器。其输入信号是线圈的通电和断电，输出信

12、号是触头的动作，由于触头数量较多，所以可以用来控制多个元件或回路。,九、中间继电器,电路符号：,高压电器与开关设备,在电力系统和各种用户系统中，高压电器和开关设备均具有重要的地位和作用，,各种高压和开关设备的工作原理和功能各不相同，构成供变电工程的各个组成部分。,按照用途不同，把高压电器进行以下分类： 开关设备 用于对电能或信号通路进行分或合的操作，这些开关设备有： 断路器（QF,DL），用于分和合正常电路或故障电路，是变电站等进行倒闸操作的主要设备； 隔离开关（QS,G），用于把高压设备于带电部分隔离开来，以便工作人员对相应的高压设备进行检修；,高压电器分类,熔断器（FU,RD），熔断器兼有

13、开关设备和保护设备两个功能，主要的功能是保护设备，用于当流过熔断器的电流超过允许值时，断开电路； 负荷开关（QL,FW），是电路进行正常操作开/合电路的一种开关，与断路器不同的是，断路器可以开/合故障电流，而负荷开关只能开/合负荷电流。 限制电器 用于对电路中电流或电压的水平进行限制的高压电器（通常是限制电流超过某些值或电压超过某些值）,电抗器（L,DK），作用是限制短路电流； 避雷器（F,BL），作用是限制大气过电压或操作过电压，保护其它电器设备的安全； 变换电器 用于把高压系统电气参数转换为测量、计量、保护等系统能接受的信号。 电压互感器（TV,YH），用于把高压转换为低压； 电流互感器（

14、TA,LH），用于把大电流转换为小电流。,4、组合电器 把一定功能的电器设备组合成一体的电器组合。 按照安装位置不同，高压电器又可以分为： 户内式 顾名思义，是安装在室内的高压电器设备； 户外式 当然是安装在室外的高压电器设备。,高压断路器主要由以下部分组成： 触头： 是电路通断的重要部分，一般分为动触头和静触头两部分：在开关进行分闸或合闸操作时，静触头不运动，动触头运动； 灭弧室：熄灭电弧的地方； 绝缘介质：分为灭弧用绝缘介质和支持用绝缘介质，前者在熄灭电弧中起作用，一般有矿物油（又称绝缘油）、真空等；后者用于支持运动机构、触头、灭弧室等，一般有电工瓷、环氧树脂等； 壳体结构 ： 断路器的各

15、个部分安装为一体；,高压断路器的构造及工作原理,运动机构 推动动触头运动的机构，多由连杆机构组成。 1、对高压断路器的技术要求 1）开断负荷电路和短路故障 2）快速开断 3）关合短路故障 4）自动重合闸 5）分合各种空载和负载电路 6）允许分合次数,（1）油断路器（多油断路器和少油断路器） （2）压缩空气断路器 （3）真空断路器 （4）SF6断路器,高压断路器的类型,（1）少油断路器: 结构简单，制造方便，可配用各种操动机构；比多油断路器油量少、重量轻；采用积木式结构，便于制成各种电压等级产品。 （2）真空断路器: 灭弧室材料及工艺要求高；体积小、重量轻；触头不易氧化；灭弧室的机械强度比较差，

16、不能承受较大的冲击振动。,常用断路器的结构特点,（1）少油断路器: 开断电流大，10kV等级可通过加并联回路以提高额定电流；110kV及以上电压等级时采用积木结构；全开断时间较短；增加压油活塞装置加强机械油吹后，提高开断小电流的能力；存在火灾危险。 （2）真空断路器: 可连续多次操作，开断性能好；灭弧迅速，开断时间短；开断电流及断口电压不易做得很高；无火灾危险；开距小，约为同等电压油断路器触头开距的1/10左右；所需操作能量小；开断时产生的电弧能量小；灭弧室的机械寿命和电气寿命都很高。,常用断路器的技术特点,（1）少油断路器: 运行经验丰富，易于维护；噪声低；油质容易劣化；需配备一套油处理装置

17、。 （2）真空断路器: 运行维护简单，灭弧室不需要检修；噪声低；运行费用低；无火灾和爆炸危险。,常用断路器的运行维护特点,隔离开关又称隔离刀闸，是一种高压开关电器。 因为它没有专门的灭弧装置，故不能用来切断负荷电 流和短路电流。使用时应与断路器配合，只有在断路 器断开时才能进行操作。隔离开关在分闸时，动静触 头间形成明显可见的断口，绝缘可靠。 高压隔离开关具有以下作用： （1）隔离电源。 （2）倒闸操作。 （3）接通和断开小电流电路。,隔离开关,（1）隔离开关应具有明显的断开点。 （2）隔离开关断开点之间应有可靠的绝缘。 （3）隔离开关应具有足够的热稳定性和动稳定性。 （4）隔离开关的结构要简

18、单，动作要可靠。 （5）带有接地闸刀的隔离开关必须有连锁机构，以保证先断开隔离开关后，再合上接地闸刀，先断开接地闸刀后，再合上隔离开关的操作顺序。 （6）隔离开关要装有和断路器之间的连锁机构，以保证正确的操作顺序，杜绝隔离开关带负荷操作的事故发生。,隔离开关要求：,（1）按装设地点的不同，可分为户内式和户外式两种。 （2）按绝缘支柱数目，分为柱式、双柱式和三柱式三种。 （3）按动触头运动方式，可分为水平旋转式、垂直旋转 式、摆动式和插入式等。 （4）按有无接地闸刀，可分为无接地闸刀、一侧有接地闸刀、两侧有接地闸刀三种。 （5）按操动机构的不同，可分为手动式、电动式、气动式和液压式等。 （6）按

19、极数，可分为单极、双极、三极三种，以及按安装方式分为平装式和套管式等 。,隔离开关的分类,隔离开关型号、规格一般由文字符号和数字表示： 第一单元：产品字母代号，隔离开关用G； 第二单元：安装场所代号，户内用N，户外用W； 第三单元：设计序列顺序号，用数字1、2、3、表示； 第四单元：额定电压，kV； 第五单元：其他标志，如T表示统一设计，G表示改进型， D表示带接地刀闸，K表示快分型等。 第六单元：额定电流，A。,隔离开关的型号,熔断器与高压负荷开关,1、熔断器,熔断器的组成：熔丝（合金材料）、触头和外壳。 工作原理：熔件的熔点不高，短路电流流过熔件时会产生热量使熔件温度升高，当温度升高到其熔

20、点后，熔件逐步烧断，从而切断电源。熔件熔断的电流和时间之间是非线形关系，大致与继电保护中反时限电流保护特性相同。 熔断器兼有开关和保护的功能。,高压熔断器,高压负荷开关是用来分合负荷电流的，一般具有一定的灭弧能力，多使用产气管灭弧，通常也能关合一定的短路电流，但不能开断短路电流。因此，高压负荷开关可用于控制供电线路的负荷电流，也可用来控制空载线路、空载变压器及电容器等。,高压负荷开关,高压负荷开关在分闸时有明显的断口，可起到隔离开关的作用，与高压熔断器串联使用，前者作为操作电器投切电路的正常负荷电流，而后者作为保护电器开断电路的短路电流及过负荷电流。 （1）按使用地点分为户内型和户外型。 （2

21、）按灭弧方式的不同，可以分为产气式、压气式、压缩空气式、油浸式、真空式、SF6式等，近年来，,真空式发展很快，在配电网中得到了广泛应用。 （3）按是否带熔断器可分为带熔断器和不带熔断器。,高压负荷开关的类型 一单元：F，表示负荷开关；Z，表示真空负荷开关。 二单元：N，户内型；W，户外型。 三单元；设计序号。 四单元：额定电压。 五单元：操动机构代号，有D表示电动操动机构，无D手动。 六单元：熔断器代号，有R表示带熔断器，无R不带熔断器。 七单元：S，表示熔断器装在开关上端，没S时装在下端。 八单元：额定工作电流，A。 九单元：额定开断电流，kA。,高压互感器,变电站中各种测量、保护和监视装置

22、都属于低压系统（二次部分），这些设备都不能直接接入到变电站的母线、馈线上，都需要通过特别的设备取得母线电压、馈线电流等信号。这些特别的设备就是高压互感器，高压互感器有两类： 电压互感器 电流互感器。,1）量程变换 电压互感器用于把母线上的高电压变换为各种仪器仪表能接受的低电压，同样地，电流互感器用于把线路上的大电流变换为各种仪器仪表能接受的小电流。 2）测量仪表标准化 互感器是一种电压和电流变换设备，从原理说，相似于变压器，但又不是变压器。电压互感器原边的额定电压就是其所处母线的额定电压，而副边线圈的额定电压为100或100/ V。电流互感器的次边线圈额定电流通常为5A或1A。,互感器的作用,

23、3）高低压系统隔离 显然高压互感器的原边是接在高压系统上的，经过互感器把高压系统和二次回路隔离开来，可以有效地保证设备和人员的安全。,双绕组、三绕组；三绕组电压互感器有两个二次侧绕组：基本二次绕组和辅助二次绕组。辅助二次绕组供接地保护用。 单相、三相； 户内、户外； 普通结构、串级结构； 干式、油浸式、浇注式和瓷箱式。干式多用于低压；浇注式用于335kV；油浸式主要用于35kV及以上电压等级。,电压互感器的分类及结构,电磁式电压互感器的接线,按绝缘结构分类： 干式、浇注式、油浸式 按安装场合分类： 户内、户外 通常一台电流互感器中可以有多个二次线圈绕组，各个绕组的精确度不同，可以分别服务于不同

24、的设备。 下面就单匝式和多匝式电流互感器两种分类进行简单介绍。,多匝式电流互感器 多匝式电流互感器的原边绕组有多匝，因此易于制造出额定容量大的电流互感器，当然，其结构、体积和价格都与单匝式电流互感器不同。,单匝式电流互感器 单匝式电流互感器的原边绕组只有一匝，显然这种电流互感器的特点是额定容量小，因此带负载能力要差一些，但其结构简单、体积小、价格低。,电流互感器接线方式,电流互感器的接线形式指的是电流互感器与测量仪表或保护继电器之间的连接形式。,三相完全星形接线 两相不完全星形接线,（1）三相三完全星形接线可以准确反映三相中每一相的真实电流。该接线方式应用在大电流接地系统中，保护线路的三相短路

25、、两相短路和单相接地短路。 （2）两相两继电器不完全星形接线可以准确反映两相的真实电流。该接线方式应用在610kV中性点不接地的小电流接地系统中，保护线路的三相短路、两相短路。 （3）两相接差动式接线反映两相差电流。该接线特点是U、W相电流互感器接成电流差式，通过继电器的电流是U、W相电流互感器二次侧电流差。该接线方式应用在610 kV 中性点不接地的小电流接地系统中，保护线路的三相短路、两相短路、小容量电动机保护、小容量变压器保护。,两相差接线 单相接线 两相三完全星型接线,（4）单相接线在三相负荷平衡时，可以用单相电流反映三相电流值，主要用于测量电路。 （5）两相三完全星形接线中流入第三个

26、继电器的电流是j=u+v 。 该接线方式应用在大电流接地系统中，保护线路的三相短路、两相短路。,互感器与系统的连接,电压互感器一次绕组并接于电网，二次绕组与测量仪表或继电器电压线圈并联。 电流互感器一次绕组串接于电网（与支路负载串联）二次绕组与测量仪表或继电器的电流线圈相串联。,在安装接线时同名端子不可接错，否则会造成这些装置运行中的紊乱，因此正确测定互感器的同名端并正确接入上述仪表装置十分重要。,正常运行时，二次绕组近似于短路工作状态。 一次电流的大小决定于一次负载电流。 运行中的电流互感器二次回路不允许开路。 电流互感器的一次电流变化范围很大。 电流互感器结构应满足热稳定和电动稳定要求。,

27、电流互感器的工作特性,正常运行时，电压互感器二次绕组近似工作开路状态。 电压互感器一次侧电压决定于一次电力网的电压。 运行中的电压互感器二次侧绕组不允许短路。,电压互感器的工作特性,电压互感器二次侧所通过的电流由二次回路阻抗的大小来决定，当二次侧短路时，将产生很大的短路电流损坏电压互感器。为了保护电压互感器，一般在二次侧出口处安装些熔断器或快速自动空气开关，用于过载和短路保护。在可能的情况下，原边也应装设熔断器以保护高压电网不因互感器高压绕组或引线故障危及一次系统的安全。,电动机的分类：,交流电动机,1.定子,三相异步电动机的构造,转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,2.转子,鼠

28、笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(2) 绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,电动机的转动原理,电动机 正转,电动机 反转,三相异步电动机的正、反转,接线盒,定子三相绕组的联接方法。通常,Y 联结, 联结,接法,能耗制动,制动方法,能耗制动 反接制动 发电反馈制动,在断开三相电源的同时，给电动机其中两相 绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与 旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的 转距（制动转距），使转子迅速停止转动。,反接制动,停车时，将

29、接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。,电力拖动和电力拖动系统,电力拖动 用电能来驱动和控制生产机械。 一、 电力拖动由三个部分组成： 电动机 电动机与生产机械的传动装置 电动机的控制设备和保护设备 电能是现代工业生产的主要能源和动力。 电动机就是将电能转换为机械能来拖动生产机械的必要驱动元件。电动机与其他原动机（如内燃机、蒸汽机等）相比，电动机的控制方法更为简便并可以实现遥控和自动控制。,二、在电力拖动的运动环节中生产机械对电动机运转的要求：1. 启动2. 改变运动的速度（调速）3. 改变运动的方

30、向（正反转）4. 制动,电力拖动系统 用电动机拖动生产机械来实现各种功能的系统。,拖动系统的分类,按电动机供电种类区分： 1、交流拖动系统 交流拖动系统有交流双速电动机、交流调压调速系统及变频变压调速系统。 2、直流拖动系统 直流拖动系统又分为可控硅励磁系统和可控硅直接供电系统。,控制系统的分类,继电接触器式有触点断续控制 是用数量不多的继电器、接触器及简单的保护元件组成的继电接触器系统，由于继电器、接触器均为有触点的控制电器，所以又称为有触点控制系统。这种控制具有使用的单一性，即一台（套）控制装置只适用于某一固定控制程序的设备，如果控制程序要发生变化，必须重新接线。 连续控制 可编程无触点断续控制,起动方法,(1) 直接